一种三电平拓扑正负母线电压均衡电路及逆变器的制作方法

本发明涉及逆变器，具体涉及一种三电平拓扑正负母线电压均衡电路及逆变器。

背景技术：

1、多电平逆变器已成为中、高压大功率应用的热点。三电平逆变器具有电压应力低，开关损耗低，功率开关管输出电压谐波含量低的优点，得到了广泛的应用。与两电平逆变器相比，三电平逆变器具有较小的dv/dt即电压的变化率，较低的电压和电流的谐波畸变率和功率损耗等优点，典型的三电平逆变器如中点钳位型、飞跨电容型及级联h桥型拓扑已被广泛应用于中、高压的工业应用中，二极管中点钳位型变换器是使用较为广泛的一种多电平逆变器。npc型三电平逆变器是应用最广泛的结构之一，但是，npc型三电平逆变器存在一个固有的缺点，即中点电压平衡问题，主要表现为中点电压波动和中点电位偏移，这会影响输出波形质量，甚至对系统造成危害。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中，npc型三电平逆变器的中点电位偏移等技术问题，本发明提供一种三电平拓扑正负母线电压均衡电路及逆变器。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种三电平拓扑正负母线电压均衡电路，包括母线电容cp、母线电容cn、输出滤波电容cf、电容c1、电容c2、开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电感l1以及电感l2；

4、所述母线电容cp的正极与所述开关管s1的源极电连接，所述母线电容cp的负极与所述母线电容cn的正极电连接，所述母线电容cn的负极与所述开关管s4的漏极电连接；所述开关管s1的漏极分别与电感l1的一端以及所述开关管s2的源极电连接，所述电感l1的另一端与所述电容c1的一端电连接，所述电容c1的另一端与所述二极管d3的正极电连接，所述二极管d3的负极与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接；

5、所述开关管s2的漏极分别与所述开关管s3的源极以及所述输出滤波电容cf的一端电连接，所述输出滤波电容cf的另一端与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接；所述开关管s3的漏极分别与所述开关管s4的源极以及所述电感l2的一端电连接，所述电感l2的另一端与所述电容c2的一端电连接，所述电容c2的另一端与所述二极管d1的正极电连接，所述二极管d1的负极与所述母线电容cp的正极电连接；

6、所述二极管d2的正极与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接，所述二极管d2的负极与所述电容c2的另一端或所述二极管d1的正极电连接；所述二极管d4的正极与所述母线电容cn的负极或所述开关管s4的漏极电连接，所述二极管d4的负极与所述电容c1的另一端或所述二极管d3的正极电连接；

7、所述开关管s1的栅极用于接入第一脉冲信号，所述开关管s2的栅极用于接入第二脉冲信号，所述开关管s3的栅极用于接入第三脉冲信号，所述开关管s4的栅极用于接入第四脉冲信号；所述第一脉冲信号的上升沿与所述第二脉冲信号的上升沿位置相同，所述第一脉冲信号的脉冲宽度小于所述第二脉冲信号的脉冲宽度，所述第三脉冲信号以及所述第四脉冲信号的上升沿均位于所述第二脉冲信号的下降沿处，所述第三脉冲信号的脉冲宽度大于所述第四脉冲信号的脉冲宽度。

8、本发明的有益效果是：通过利用lc震荡电路结合二极管的单向导通功能，实现正负母线电能的无损转移；当母线电容cp电压给电容c1充电，让充电之后的电容c1中的电能转移到母线电容cn中去；当母线电容cn给电容c2充电，充电之后的电容c2中的电能转移到母线电容cp中去，实现均衡正负母线电压的功能。

9、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，还包括二极管d5以及二极管d6，所述二极管d5的正极与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接，所述二极管d5的负极与所述开关管s1的漏极电连接；所述二极管d6的正极与所述开关管s3的漏极电连接，所述二极管d6的负极与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接。

11、进一步，还包括电感lf，所述电感lf的一端与所述开关管s2的漏极电连接，所述电感lf的另一端与所述输出滤波电容cf的一端电连接。

12、进一步，所述第一脉冲信号、所述第二脉冲信号、所述第三脉冲信号以及所述第四脉冲信号均为高电平脉冲信号。

13、进一步，所述开关管s1、所述开关管s2、所述开关管s3以及所述开关管s4均为mos管。

14、进一步，所述mos管为p沟道增强型mos管。

15、进一步，所述p沟道增强型mos管上连接有寄生二极管，所述寄生二极管的正极与所述p沟道增强型mos管的漏极电连接，所述寄生二极管的负极与所述p沟道增强型mos管的源极电连接。

16、进一步，所述p沟道增强型mos管上连接有寄生电容，所述寄生电容的一端与所述p沟道增强型mos管的漏极电连接，所述寄生电容的另一端与所述p沟道增强型mos管的漏极电连接。

17、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种逆变器，其具体技术内容如下：

18、一种逆变器，包括上述三电平拓扑正负母线电压均衡电路。

19、进一步，所述逆变器为i型半桥三电平逆变器或i型三电平半桥llc谐振dc/dc逆变器。

技术特征：

1.一种三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，包括母线电容cp、母线电容cn、输出滤波电容cf、电容c1、电容c2、开关管s1、开关管s2、开关管s3、开关管s4、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电感l1以及电感l2；

2.根据权利要求1所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，还包括二极管d5以及二极管d6，所述二极管d5的正极与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接，所述二极管d5的负极与所述开关管s1的漏极电连接；所述二极管d6的正极与所述开关管s3的漏极电连接，所述二极管d6的负极与所述母线电容cp的负极或所述母线电容cn的正极电连接。

3.根据权利要求1所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，还包括电感lf，所述电感lf的一端与所述开关管s2的漏极电连接，所述电感lf的另一端与所述输出滤波电容cf的一端电连接。

4.根据权利要求1所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，所述第一脉冲信号、所述第二脉冲信号、所述第三脉冲信号以及所述第四脉冲信号均为高电平脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，所述开关管s1、所述开关管s2、所述开关管s3以及所述开关管s4均为mos管。

6.根据权利要求5所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，所述mos管为p沟道增强型mos管。

7.根据权利要求6所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，所述p沟道增强型mos管上连接有寄生二极管，所述寄生二极管的正极与所述p沟道增强型mos管的漏极电连接，所述寄生二极管的负极与所述p沟道增强型mos管的源极电连接。

8.根据权利要求7所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路，其特征在于，所述p沟道增强型mos管上连接有寄生电容，所述寄生电容的一端与所述p沟道增强型mos管的漏极电连接，所述寄生电容的另一端与所述p沟道增强型mos管的漏极电连接。

9.一种逆变器，其特征在于，包括如权利要求1至8所述的三电平拓扑正负母线电压均衡电路。

10.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器为i型半桥三电平逆变器或i型三电平半桥llc谐振dc/dc逆变器。

技术总结
本发明涉及一种三电平拓扑正负母线电压均衡电路及逆变器，其电路包括母线电容Cp、母线电容Cn、输出滤波电容Cf、电容C1、电容C2、开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电感L1以及电感L2；开关管S1的栅极用于接入第一脉冲信号，开关管S2的栅极用于接入第二脉冲信号，开关管S3的栅极用于接入第三脉冲信号，开关管S4的栅极用于接入第四脉冲信号；本发明利用LC震荡电路结合二极管的单向导通功能，实现正负母线电能的无损转移；当母线电容Cp电压给电容C1充电，让充电之后的电容C1中的电能转移到母线电容Cn中去；当母线电容Cn给电容C2充电，电容C2中的电能转移到母线电容Cp中去，实现正负母线电压的均衡。

技术研发人员：马青峰,贾山,张召生,陶枝茂
受保护的技术使用者：深圳市振华微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22